解读智能卡数据传输协议I2C总线

由于串行时钟同步数据传输是不复杂而通用的，它们就被用的比较频繁。使用I2C(Inte-Integrated Circuit)总线的元件首先由Philips开发，从1990年就可以使用了。这个总线立足于一根串行的双向数据引 线和一根串行的时钟引线，Pc总线的规定包括了硬件(两条引线)和软件两方面，具有数据传输格式化的意 义。每个在总线上的器件可以取得对总线的控制并能对在总线上的其他器件发出请求。

由于存储卡也是被同步时钟控制的，Pc总线很快就得以立足于芯片卡行业之中，大量的存储器可以在卡中 使用。下面的例子是基于SGS-ThornsON ST 24C04存储器芯片的，它有512字节的可自由读出或写人的EPROM 。对EEPROM编程的时闻安排由芯片内部处理，所以这方面不受外部控制。

I2C总线的硬件包括了在终端和卡之间的两条线，串行时钟SCL(Serial Clock)线传送时钟，其范围可达 100kHz，它产生的数据传输率高达100kb/s，对智能卡来说是比较高的，另一条线，串行数据SDA(Serial Data)线，用来双向交换卡和终端之间的数据。SDA线经一上拉电阻连接到终端的供电电源(Voc)。通信的 双方只能把这条线下拉至地。于是送出一高电平就毫无作用，这包括发送方把它的输出转换为高阻状态(三 态)，而上拉电阻把SDA线拉至供电电压电平。

在智能卡的环境中，终端总是Pc总线为主而卡是从。数据传送总是按单字节打包，字节的最高位(第8位) 首先发送，每次在SDA线上的传送由开始信号启动并由停止信号结束，开始信号包括了在SDA线上的下降边而 此时在SCL线上的信号为高。相反，SDA线上的上升边而SCL线上的信号为低则指示出停止信号，参见图1。接 收方必须使SDA线接地一个时钟周期以便对每1字节的接收给以确认。

图1 I2C总线上的开始与停止信号

通信开始后，第1字节的头7位为接收方的地址。在我们的例子中，为了简单起见，我们假定地址的二进制 之值为1010000X。当然这可能随芯片的类型而改变，对某些存储器可在某限度内选择改变。地址中的最后一 位(x)向接收方指示是读出还是写入数据，1为读出而0则是写人。

下面的例子说明Pc总线用于智能卡时的一般功能。

1)从一地址读出

对于从智能卡EEPROM的读出有几种类型的访问，此处所述类型为一次读出一字节，然而，也有可能从一列 中读出几个字节，如图2所示。

图2 用I2C总线从存储器读出一个字节

读序列由开始信号启动，接着各位含有卡的地址以及规定的写控制位。这向卡表明它必须立即把紧接的数据存储在内部缓存器中。这个缓冲器不过是EEPROM的面向字节的地址指针。卡接收到第1字节后，它把SDA线接地一个周期以示确认。而后，终端把EEPROM地址传送给卡，再一次，卡确认收到的数据。终端于是送出一个开始信号和卡的地址以及规定的读出位。接收到了这些，卡从指针给出的地址处取出数据送给终端。终端不需要对收到数据予以确认，它仅仅给卡一个停止信号，从而结束读出一字节的序列。

2)写人一地址

像从卡的EEPROM读出数据那样，写入数据也有不同的模式，它们中最简单的说明如下，用它可以在存储器中的任何地方写人单独的一个字节。

再一次，序列由终端的开始信号启动，紧接着卡的地址以及规定的写人位。卡确认收到后，从终端接收要写人数据的EEPROM的地址。

卡确认所有这些，于是接收数据。当终端收到第3次的确认，它表示卡已接收到了数据，便送出一个停止信号。接着，卡开始把收到的数据写人EEPROM，它不需要外部的定时信号。这样就结束了写入序列，而此字节已存人EEPROM，如图3所示。

图3 用I2C总线向存储器写人一个字节